EP1645927A2 - Hydraulisch schaltbares Druckminderventil und Verfahren zum Betreiben eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils - Google Patents

Hydraulisch schaltbares Druckminderventil und Verfahren zum Betreiben eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils Download PDF

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EP1645927A2
EP1645927A2 EP05021565A EP05021565A EP1645927A2 EP 1645927 A2 EP1645927 A2 EP 1645927A2 EP 05021565 A EP05021565 A EP 05021565A EP 05021565 A EP05021565 A EP 05021565A EP 1645927 A2 EP1645927 A2 EP 1645927A2
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EP
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pressure
reducing valve
spring
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pressure reducing
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ZF Friedrichshafen AG
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/10—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a piston or plunger
    • G05D16/103—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a piston or plunger the sensing element placed between the inlet and outlet
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/10—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a piston or plunger

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulically switchable pressure reducing valve according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating the hydraulically switchable pressure reducing valve according to the invention.
  • Pressure reducing valves are known from the prior art.
  • a multi-function valve with pressure limiting and feed functions is described which operates on the high pressure side of a pump as a pressure relief valve and on the low pressure side as a feed valve.
  • This valve is designed such that in the main spool next to the feed slide, another spool is arranged, which controls associated with the adjusting cylinders of the pump holes.
  • the present invention has for its object to provide a pressure reducing valve, which switches by means of system pressure, achieved a relatively short filling time in the consumer lines and at the same time takes over the pressure control of at least one consumer channel, the consumer line is required by at least one end user.
  • a further object of the invention is to provide a method for operating the hydraulically switchable pressure reducing valve according to the invention.
  • a pressure reducing valve in which are used to reduce pressure differential surfaces comprising a arranged in a sleeve / a housing slide, which is axially disposed between a closure cap and a spring, wherein the sleeve / the housing lateral connections for the high pressure line and the Working line and wherein a control edge K1 (Druck pumpsseitung - working line) and a control edge K2 (working line - tank) is provided.
  • connection for the working line is axially arranged between the spring and the pressure supply line, such that the pressure in the working line is adjustable or controllable depending on the area ratios of the slide and the force of the spring, wherein the slide in the neutral state, the edge K2 open and the edge K1 keeps closed when filling the working line by the pressure of the pressure supply line against the force of the spring, the edge K1 opened and the edge K2 holds closed and in the state rules by its movement, the edges K1 and K2 opens or closes such that the balance between the pressure in the pressure supply line and the spring force assisted by the desired pressure in the working line is maintained.
  • the slide of the pressure reducing valve according to the invention is significantly determining the pressure ratio due to the area ratio; the sleeve / housing can be manufactured as a separate part, wherein according to an advantageous embodiment of the invention, the control edges of the valve in the housing can be integrated. Furthermore, the closure cap of the valve on an end stop, which is needed so that the slider can not move to the upper end position and thus adversely affects the opening behavior of the control edges.
  • the spring of the valve serves to restore the slide in the end position, wherein taking into account the area ratio, the spring force or bias can be kept relatively low in an advantageous manner, such that an instantaneous filling process is ensured.
  • According to the invention can be provided to influence the pressure level by means of presettable, changed spring force; In this way, a filling delay can be achieved.
  • a typical example of application of the pressure reducing valve according to the invention is the regulation of the rear differential lock (30 bar possible) and the front differential lock (20 bar allowed) of a tractor engine.
  • the following description refers to a channel p30, 7 ( ⁇ 30 bar) and a channel p20, 8 ( ⁇ 20 bar) to control the rear differential lock (30 bar possible) and the front differential lock (20 bar allowed) of a towing engine and is representative of the various possible uses of the valve.
  • the pressure builds up in channel p20.
  • the build-up pressure in the channel p20 supports the spring force of the spring 4 against the force from the pressurized passage p30.
  • the slider Upon reaching the desired pressure, the slider is moved in the direction of the upper end stop and opens the control edge K2 while closing the control edge K1. If the pressure falls below the desired value, the pressure in the channel p30 (pressure supply line 7) prevails, so that the edge K2 is closed and the edge K1 is opened so that the desired pressure can be built up. This process is repeated permanent, whereby the pressure control is realized.
  • the state of the pressure control is illustrated in FIG.
  • the pressure line p30 is relieved, causing the slider moves in the direction of the upper end stop 5. This means that the control edge K2 is opened and the control edge K2 is closed; Thus, the pressure reduction begins in the channel p20. If the slide is in the end position, the control edge K2 is fully open, resulting in a rapid drainage of the channel p20.
  • the order of opening / closing (based on the negatives / positive overlaps) of the control edges may be made dependent on the application, depending on the application requiring positive or negative coverage of the control edges K1 / K2.
  • the negative coverage described here leads to a permanent control. On the one hand, this means a higher regulatory leakage quantity and, on the other hand, a better regulatory behavior. On the other hand, a positive overlap of the control edges results in lower control leakages and less accurate control behavior.
  • the bias of the spring and thus the rule default can be varied by an adjustable position of the end stop or similar Vortexs. But it is also possible to make the position of the control edge K2 and thus also the spring preload variable.

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Abstract

Es wird ein hydraulisch schaltbares Druckminderventil zur Druckregelung mindestens einer Arbeitsleitung vorgeschlagen, umfassend einen in einer Hülse/einem Gehäuse (2) angeordneten Schieber (2), der axial betrachtet zwischen einem Verschlussdeckel (3) und einer Feder (4) angeordnet ist, wobei die Hülse/das Gehäuse (2) seitliche Anschlüsse für die Druckversorgungsleitung (7) und die Arbeitsleitung (8) aufweist und wobei eine Steuerkante K1 (Druckversorgungsleitung - Arbeitsleitung) und eine Steuerkante K2 (Arbeitsleitung - Tank) vorgesehen ist, bei dem der Anschluss für die Arbeitsleitung (8) axial betrachtet zwischen der Feder (4) und der Druckversorgungsleitung (7) angeordnet ist, derart, dass der Druck in der Arbeitsleitung (8) in Abhängigkeit von den Flächenverhältnissen des Schiebers (2) und der Kraft der Feder (4) einstellbar bzw. regelbar ist, wobei der Schieber (2) im Neutralzustand die Kante K2 geöffnet und die Kante K1 geschlossen hält, beim Befüllen der Arbeitsleitung (8) durch den Druck der Druckversorgungsleitung (7) gegen die Kraft der Feder (4) die Kante K1 geöffnet und die Kante K2 geschlossen hält und im Zustand Regeln durch seine Bewegung die Kanten K1 bzw. K2 öffnet bzw. schließt, derart, dass das Gleichgewicht zwischen dem Druck in der Druckversorgungsleitung (7) und der durch den gewünschten Druck in der Arbeitsleitung (8) unterstützten Federkraft aufrechterhalten bleibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisch schaltbares Druckminderventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen hydraulisch schaltbaren Druckminderventils.
  • Aus dem Stand der Technik sind Druckminderventile bekannt. Beispielsweise wird im Rahmen der DD 275 901 A1 ein Mehrfachfunktionsventil mit Druckbegrenzungs- und Einspeisefunktionen beschrieben, welches auf der Hochdruckseite einer Pumpe als Druckbegrenzungsventil und auf der Niederdruckseite als Einspeiseventil arbeitet. Dieses Ventil ist derart ausgebildet, dass im Hauptsteuerschieber neben dem Einspeiseschieber ein weiterer Steuerschieber angeordnet ist, der mit den Stellzylindern der Pumpe in Verbindung stehende Bohrungen steuert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckminderventil anzugeben, welches mittels Systemdruck schaltet, eine relativ kurze Füllzeit in den Verbraucherleitungen erreicht und gleichzeitig die Druckregelung mindestens eines Verbraucherkanals übernimmt, wobei die Verbraucherleitung von mindestens einem Endverbraucher benötigt wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben des hydraulisch schaltbaren Druckminderventils gemäß der Erfindung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Druckminderventil vorgeschlagen, bei dem zur Druckreduzierung Differenzflächen verwendet werden, umfassend einen in einer Hülse/einem Gehäuse angeordneten Schieber, der axial betrachtet zwischen einem Verschlussdeckel und einer Feder angeordnet ist, wobei die Hülse/das Gehäuse seitliche Anschlüsse für die Hochdruckleitung und die Arbeitsleitung aufweist und wobei eine Steuerkante K1 (Druckversorgungseitung - Arbeitsleitung) und eine Steuerkante K2 (Arbeitsleitung - Tank) vorgesehen ist.
  • Hierbei ist der Anschluss für die Arbeitsleitung axial betrachtet zwischen der Feder und der Druckversorgungsleitung angeordnet, derart, dass der Druck in der Arbeitsleitung in Abhängigkeit von den Flächenverhältnissen des Schiebers und der Kraft der Feder einstellbar bzw. regelbar ist, wobei der Schieber im Neutralzustand die Kante K2 geöffnet und die Kante K1 geschlossen hält, beim Befüllen der Arbeitsleitung durch den Druck der Druckversorgungsleitung gegen die Kraft der Feder die Kante K1 geöffnet und die Kante K2 geschlossen hält und im Zustand Regeln durch seine Bewegung die Kanten K1 bzw. K2 öffnet bzw. schließt, derart, dass das Gleichgewicht zwischen dem Druck in der Druckversorgungsleitung und der durch den gewünschten Druck in der Arbeitsleitung unterstützten Federkraft aufrechterhalten bleibt.
  • Der Schieber des erfindungsgemäßen Druckminderventils ist aufgrund des Flächenverhältnisses maßgeblich bestimmend für das Druckverhältnis; die Hülse/das Gehäuse kann als separater Teil gefertigt werden, wobei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Steuerkanten des Ventils in das Gehäuse integriert sein können. Des weiteren weist der Verschlussdeckel des Ventils einen Endanschlag auf, der benötigt wird, damit der Schieber sich nicht in die obere Endposition begeben kann und somit das Öffnungsverhalten der Steuerkanten negativ beeinflusst.
  • Die Feder des Ventils dient der Rückstellung des Schiebers in die Endposition, wobei unter Berücksichtigung des Flächenverhältnisses die Federkraft bzw. Vorspannung in vorteilhafter Weise relativ gering gehalten werden kann, derart, dass ein unverzögerter Füllvorgang gewährleistet wird. Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, das Druckniveau mittels voreinstellbarer, geänderter Federkraft zu beeinflussen; auf diese Weise kann damit eine Füllverzögerung erzielt werden.
  • Ein typisches Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckminderventils ist die Regelung der hinteren Differentialsperre (30 bar möglich) und der vorderen Differentialsperre (20 bar erlaubt) eines Schleppertriebwerkes.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es stellen dar:
    • Figur 1
    eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckminderventils im Zustand Neutral, wobei der Schieber um 90° um seine Längsachse gedreht dargestellt ist;
    Figur 2
    eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckminderventils im Zustand Füllen, wobei der Schieber um 90° um seine Längsachse gedreht dargestellt ist; und
    Figur 3
    eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckminderventils im Zustand Regeln, wobei der Schieber um 90° um seine Längsachse gedreht dargestellt ist.
  • Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf einen Kanal p30, 7 (∼30 bar) und einen Kanal p20, 8 (∼20 bar) zur Regelung der hinteren Differentialsperre (30 bar möglich) und der vorderen Differentialsperre (20 bar erlaubt) eines Schleppertriebwerkes und steht stellvertretend für die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten des Ventils.
  • In Figur 1 ist die Neutralstellung des erfindungsgemäßen Ventils gezeigt, bei der die Feder 4 den Schieber 1 gegen den oberen Endanschlag 5 drückt. In dieser Position ist die Kante K1 (p30-p20) geschlossen und die Kante K2 (p20 -Tank) ist geöffnet.
  • Wenn der Kanal p30 mit Druck beaufschlagt wird, wirkt eine Kraft gegen die Kraft der Feder 4 und bewirkt ein Öffnen der Steuerkante K1 und ein Schließen der Kante K2, derart, dass der Füllvorgang des Kanals p20 bzw. der Arbeitsleitung 8 beginnt. Hierbei wird der Schieber gegen den unteren Endanschlag 6 gedrückt. Diese Situation ist Gegenstand der Figur 2.
  • Wenn der Füllvorgang abgeschlossen ist, beginnt der Druckaufbau im Kanal p20. Der sich aufbauende Druck im Kanal p20 unterstützt die Federkraft der Feder 4 gegen die Kraft aus dem mit Druck beaufschlagten Kanal p30. Bei Erreichen des gewünschten Drucks wird der Schieber in Richtung des oberen Endanschlags bewegt und öffnet die Steuerkante K2 bei gleichzeitigem Verschließen der Steuerkante K1. Wenn der Druck unterhalb des gewünschten Wertes fällt, überwiegt der Druck im Kanal p30 (Druckversorgungsleitung 7), so dass die Kante K2 geschlossen und die Kante K1 geöffnet wird, damit der gewünschte Druck aufgebaut werden kann. Dieser Vorgang wiederholt sich permanent, wodurch die Druckregelung realisiert wird. Der Zustand der Druckregelung ist in Figur 3 veranschaulicht.
  • Zum Druckabbau wird die Druckleitung p30 entlastet, wodurch sich der Schieber in Richtung des oberen Endanschlags 5 bewegt. Dies bedeutet, dass die Steuerkante K2 geöffnet und die Steuerkante K2 geschlossen wird; somit beginnt der Druckabbau im Kanal p20. Ist der Schieber in der Endposition, so ist die Steuerkante K2 vollständig geöffnet, was in einer raschen Entleerung des Kanals p20 resultiert.
  • Die Reihenfolge des Öffnens/Schließens (basierend auf den Überdeckungen negativ/positiv) der Steuerkanten kann in Abhängigkeit von der Anwendung gestaltet werden, wobei je nach Anwendung eine positive oder eine negative Überdeckung der Steuerkanten K1/K2 benötigt wird.
  • Die hier beschriebene negative Überdeckung führt zu einer permanenten Regelung. Dies bedeutet einerseits eine höhere Regelungsleckagemenge und andererseits ein besseres Regelungsverhalten. Dahingegen resultiert eine positive Überdeckung der Steuerkanten in geringeren Regelungsleckagen und in einem weniger exakten Regelverhalten.
  • Die Vorspannung der Feder und somit die Regelvoreinstellung kann durch eine einstellbare Position des Endanschlages oder ähnliche Vorspannungsmöglichkeiten variiert werden. Es ist aber auch möglich, die Position der Steuerkante K2 und somit auch die Federvorspannung variabel zu gestalten.
  • Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der erfindungsgemäßen Bauteile an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Druckminderventils, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Schieber
    2
    Hülse/Gehäuse
    3
    Verschlussdeckel
    4
    Feder
    5
    Endanschlag oben
    6
    Endanschlag unten
    7
    Druckversorgungsleitung
    8
    Arbeitsleitung
    K1
    Steuerkante
    K2
    Steuerkante

Claims (12)

  1. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil zur Druckregelung mindestens einer Arbeitsleitung, umfassend einen in einer Hülse/einem Gehäuse angeordneten Schieber, der axial betrachtet zwischen einem Verschlussdeckel und einer Feder angeordnet ist, wobei die Hülse/das Gehäuse seitliche Anschlüsse für die für die Druckversorgungsleitung und die Arbeitsleitung aufweist und wobei eine Steuerkante K1 (Druckversorgungsleitung - Arbeitsleitung) und eine Steuerkante K2 (Arbeitsleitung - Tank) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Anschluss für die Arbeitsleitung (8) axial betrachtet zwischen der Feder (4) und der Druckversorgungsleitung (7) angeordnet ist, derart, dass der Druck in der Arbeitsleitung (8) in Abhängigkeit von den Flächenverhältnissen des Schiebers (2) und der Kraft der Feder (4) einstellbar bzw. regelbar ist, wobei der Schieber (2) im Neutralzustand die Kante K2 geöffnet und die Kante K1 geschlossen hält, beim Befüllen der Arbeitsleitung (8) durch den Druck der Druckversorgungsleitung (7) gegen die Kraft der Feder (4) die Kante K1 geöffnet und die Kante K2 geschlossen hält und im Zustand Regeln durch seine Bewegung die Kanten K1 bzw. K2 öffnet bzw. schließt, derart, dass das Gleichgewicht zwischen dem Druck in der Druckversorgungsleitung (7) und der durch den gewünschten Druck in der Arbeitsleitung (8) unterstützten Federkraft aufrechterhalten bleibt.
  2. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Verschlussdeckel (3) einen oberen Endanschlag (5) und der Schieber (2) einen unteren Endanschlag (6) aufweist, wobei der Schieber (2) im Neutralzustand durch die Kraft der Feder (4) gegen den oberen Endanschlag (5) des Verschlussdeckels (3) gedrückt wird und beim Befüllen der Arbeitsleitung (8) gegen den unteren Endanschlag (6) gedrückt wird.
  3. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanten (K1, K2) des Ventils in die Hülse/das Gehäuse (2) integriert sind.
  4. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenverhältnisse des Schiebers (2) derart gestaltet sind, dass die Federkraft bzw. Vorspannung gering ist, um einen unverzögerten Füllvorgang der Arbeitsleitung (8) zu gewährleisten.
  5. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , dass das einstellbare Druckniveau in der Arbeitsleitung (8) mittels voreinstellbarer Federkraft beeinflussbar ist.
  6. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass in Abhängigkeit von der Federkraft bzw. Vorspannung eine Füllverzögerung der Arbeitsleitung erzielbar ist.
  7. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der untere Endanschlag (6) in seiner Position einstellbar ist, derart, dass die Vorspannung der Feder (4) und somit die Regelvoreinstellung variierbar ist.
  8. Hydraulisch schaltbares Druckminderventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Position der Steuerkante K2 und somit auch die Federvorspannung variabel gestaltbar ist.
  9. Verwendung eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Regelung des Drucks der hinteren Differentialsperre und der vorderen Differentialsperre eines Schleppertriebwerkes.
  10. Verfahren zum Betreiben eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Befüllen der Arbeitsleitung (8) die Druckversorgungsleitung (7) mit Druck beaufschlagt wird, so dass eine Kraft gegen die Kraft der Feder (4) wirkt, welche ein Öffnen der Steuerkante K1 und ein Schließen der Steuerkante K2 bewirkt, wobei, wenn der Füllvorgang abgeschlossen ist, der Druckaufbau in der Arbeitsleitung (8) beginnt, derart, dass der sich aufbauende Druck die Federkraft der Feder (4) gegen die Kraft aus der mit Druck beaufschlagten Druckversorgungsleitung (7) unterstützt, wobei bei Erreichen des gewünschten Druckes der Schieber (2) in Richtung des oberen Endanschlags (5) bewegt wird und die Steuerkante K2 bei gleichzeitigem Verschließen der Steuerkante K1 öffnet und wobei, wenn der Druck unterhalb des gewünschten Wertes fällt, der Druck in der Druckversorgungsleitung (7) überwiegt, so dass die Kante K2 geschlossen und die Kante K1 geöffnet wird, damit der gewünschte Druck aufgebaut werden kann.
  11. Verfahren zum Betreiben eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass zum Druckabbau in der Arbeitsleitung (8) die Druckversorgungsleitung (7) entlastet wird, wodurch sich der Schieber derart bewegt, dass die Steuerkante K2 geöffnet und die Steuerkante K2 geschlossen wird.
  12. Verfahren zum Betreiben eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , dass die Reihenfolge des Öffnens/Schließens der Steuerkanten in Abhängigkeit von der Anwendung gestaltet werden kann, wobei je nach Anwendung eine positive oder eine negative Überdeckung der Steuerkanten realisiert wird.
EP05021565A 2004-10-09 2005-10-01 Hydraulisch schaltbares Druckminderventil und Verfahren zum Betreiben eines hydraulisch schaltbaren Druckminderventils Withdrawn EP1645927A3 (de)

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